محققان IBM برتری رایانه‌های کوانتومی را نسبت به رایانه‌های کلاسیک نشان می‌دهند

منتشر شده در zdnet به تاریخ ۲۹ ژوئن ۲۰۲۱
لینک منبع IBM researchers demonstrate the advantage that quantum computers have over classical computers

در نهایت محققان IBM در یک آزمایش دنیای واقعی ثابت کرده‌اند که کامپیوترهای کوانتومی برتر از دستگاه‌های کلاسیک هستند-اگرچه در حال حاضر، تنها در مقیاس کوچک.

تیم کوانتومی بیگ بلو قصد دارد کشف کند که آیا دستگاه‌های کوانتومی امروز، با وجود محدودیت‌های آن‌ها، می‌توانند برای تکمیل کاری که نمی‌تواند بر روی یک سیستم کلاسیک انجام شود، مورد استفاده قرار گیرند.

از آنجا که محاسبات کوانتومی هنوز در مراحل ابتدایی خود است، محققان با طراحی یک آزمایش میکروسکوپی با فضای محدود-یعنی مقدار محدود حافظه موجود-میدان بازی بین این دو روش را تراز کردند.

دو مدار فضایی محدود ساخته شدند، یک مدار کوانتومی و یک مدار کلاسیک، با تنها یک بیت یا کیوبیت در دسترس برای محاسبات و ذخیره‌سازی نتایج. وظیفه برنامه‌ریزی‌شده در مدارها شامل یافتن اکثریت از سه بیت ورودی، بازگرداندن صفر در صورتی که بیش از نیمی از بیت‌ها صفر باشند و یک در صورتی که بیش از نیمی از بیت‌ها یک باشند.

دانشمندان می‌گویند که این محدودیت‌ها، امکان مقایسه عادلانه بین قدرت فضای کلاسیک و کوانتومی را در هنگام انجام محاسبات فراهم می‌آورد.

تیم کوانتومی IBM در یک پست وبلاگ گفت: « ما از طریق تحقیقاتمان در حال بررسی یک سوال بسیار ساده هستیم.» زمانی که یک کامپیوتر به فضای scratch کلاسیک در مقابل فضای scratch کوانتومی دسترسی دارد، قدرت محاسباتی چگونه تغییر می‌کند؟

دانشمندان نظریه‌پردازی کردند سیستم کلاسیک که با یک بیت واحد برای محاسبه و ذخیره‌سازی مجهز شده‌است، قادر به اجرای الگوریتم نیست. حتی زمانی که قابلیت‌های محاسباتی سیستم را با اضافه کردن چیزی که به عنوان گیت های بولی تصادفی شناخته می‌شود افزایش می‌دهد، کامپیوتر کلاسیک تنها ۸۷.۵٪ زمان موفق می‌شود.

دانشمندان در نمایش نظری خود گفتند: از سوی دیگر، دستگاه‌های کوانتومی بهتر به کار رفتند: یک کامپیوتر کوانتومی کامل و بدون صدا می‌توانست در ۱۰۰٪ مواقع موفق شود.

دلیل آن این است که بر خلاف بیت‌های کلاسیک که می‌توانند نشان‌دهنده ۱ یا ۰ باشند، کیوبیت ها می‌توانند ترکیبی از حالت‌های مختلف را در یک زمان در نظر بگیرند، به این معنی که آن‌ها به فضای بزرگتری از مقادیر دسترسی دارند. به عبارت دیگر، فضای کوانتومی ارزشمندتر از فضای کلاسیک است.

با این حال، این نظریه هنوز تا حدودی از واقعیت فاصله دارد. کامپیوترهای کوانتومی کنونی هنوز هم برای دستیابی به نتایج کاملی که دانشمندان در مقاله خود نشان داده‌اند، بیش از حد پر سر و صدا هستند. اما هنگام انجام آزمایش در زندگی واقعی، با مدارهای کالیبره شده برای اجرای موثرتر برنامه، تیم IBM هنوز نرخ موفقیت ۹۳٪ را مشاهده می‌کند که سیستم کلاسیک را شکست می‌دهد.

دانشمندان می‌گویند: « ما نشان می‌دهیم که کیوبیت‌ها، حتی کیوبیت‌های پر سر و صدای امروز، ارزش بیشتری نسبت به بیت‌ها به عنوان واسطه ذخیره‌سازی در طول محاسبات ارائه می‌دهند.»

این بدان معنی است که حتی کامپیوترهای کوانتومی پر سر و صدای امروزی می‌توانند عملکرد بهتری را در این مساله نسبت به حداکثر عملکرد نظری یک دستگاه کلاسیک ارائه دهند، که نشان می‌دهد با تکامل فن‌آوری، شکاف عملکرد با دستگاه‌های کلاسیک تنها گسترش خواهد یافت.

تیم کوانتومی بیگ بلو ادعا می‌کند که این اولین نمایش جهانی مزیت کوانتومی است، زیرا نظریه توسط یک آزمایش زندگی واقعی پشتیبانی می‌شود.

به گفته دانشمندان، تا به امروز، پروژه‌های تحقیقاتی به اثبات یک مزیت کوانتومی نظری پرداخته‌اند که تنها زمانی می‌تواند نشان داده شود که سخت‌افزار به اندازه کافی بالغ باشد تا برنامه‌های بزرگ مقیاس را اجرا کند.

از بهبود زنجیره‌های تامین تولید خودرو گرفته تا بهینه‌سازی مسیرهای کشتی‌های تجاری در اطراف اقیانوس‌های جهان: هیچ کمبودی از ایده‌ها در رابطه با تحقیق در مورد اینکه چگونه محاسبات کوانتومی می‌تواند ارزش کسب‌وکار ایجاد کند، وجود ندارد. اما در حال حاضر، دانشمندان عمدتاً درك می‌كنند كه فن‌آوری‌های كوانتومی برای مسائل كوچك با سیستم‌های كلاسیك قابل مقایسه است و فقط این نظریه را ارائه میذدهند كه سرانجام با پیشرفت رایانه‌ها، دستگاه‌های كوانتومی مزیتی به دست می‌آورند.

محققان IBM گفتند: « در اینجا، برای اولین بار که از آن آگاه هستیم، ما یک اثبات همزمان و تایید تجربی نوع جدیدی از مزیت کوانتومی را گزارش می‌کنیم.»

همانطور که سخت‌افزار کوانتومی بهبود می‌یابد، انتظار می‌رود که این تاییدیه‌های تجربی از آزمایش‌های انجام‌شده در سطح بیت‌ها گسترش یابند. IBM به تازگی از یک نقشه راه کوانتومی برای چند سال آینده پرده برداشت، که شامل یک سیستم ۱۱۲۱ کیوبیت است که قرار است تا سال ۲۰۲۳ در مسیر ایجاد سیستم‌هایی که بیش از یک میلیون کیوبیت در دراز مدت پشتیبانی می‌کنند، ساخته شود.

این متن با استفاده از ربات مترجم مقالات کوانتوم ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.

مقالات لینک‌شده در این متن می‌توانند به صورت رایگان با استفاده از مقاله‌خوان ترجمیار به فارسی مطالعه شوند.